掘進巷道破碎頂板支護優(yōu)化改進

閆文杰

（山西煤炭進出口集團左云長春興煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037100）

1 307 運輸順槽概況

左云長春興煤業(yè)有限公司307 運輸順槽位于井田南盤區(qū)，東部為東盤區(qū)未開采區(qū)域及原長春興采空巷道，東北部為原英格寨煤礦采空巷道，南部為已回采303 工作面，西部為南盤區(qū)三條大巷及已回采303 工作面，北部為南盤區(qū)未開采區(qū)域。

307 運輸順槽設(shè)計長度為1 970 m，巷道為矩形斷面，斷面規(guī)格為寬×高=5.4 m×3.5 m，巷道主要用于307 工作面煤炭運輸任務(wù)；307 運輸順槽沿22號煤層底板掘進，煤層平均厚度為9.76 m，煤層硬度系數(shù)為 2～3，22 號煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含 4～12 層夾矸，夾矸平均總厚2.36 m，平均單層厚0.28 m，煤層大致走向東西，傾向北。傾角較小，平均2°。307 運輸順槽采用綜合機械化回采工藝，截止目前巷道已掘進510m[1]。

307 運輸順槽掘進至540 m 處將揭露一條F1正斷層，斷層落差2.7 m，傾角52°，受斷層及鄰近303 采空區(qū)影響，巷道掘進至500 m 處時頂板開始出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，隨著巷道掘進，當(dāng)巷道掘進至510 m 處巷道頂板出現(xiàn)第一次冒落現(xiàn)象，位于303 采空區(qū)側(cè)巷幫片幫嚴重，原巷道頂板支護對巷道圍巖控制效果差。

2 傳統(tǒng)支護工藝及存在問題

2.1 傳統(tǒng)支護工藝

1）307 運輸順傳統(tǒng)支護中頂板主要采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、圓鋼托架聯(lián)合支護，巷幫主要采用單錨桿、金屬網(wǎng)、圓鋼托架聯(lián)合支護。

2）原支護設(shè)計中307 運輸順頂板每排5 根錨桿，錨桿間距為1.0 m，排距為1.2 m，錨桿長度為2.4 m，直徑為22 mm，同一排錨桿外露端安裝一根圓鋼托架；巷幫錨桿采用直徑與長度分別為17.6 mm、1.8 m的無縱筋錨桿，幫錨桿間離為1.0 m，排距為1.2 m，必須按照要求將支護的前部錨桿打設(shè)在圓鋼托架眼里。

3）頂板每排布置3 根錨索，錨索間距為1.8 m，排距為3.6 m 錨索長度為6.3 m，直徑為17.8 mm，每根錨索外露端安裝一塊鋼方托板，托板長度及寬度為0.3 m，厚度為16 mm。

4）按照上下的順序依次采用型號為CK2380、K2380 的樹脂藥卷對頂錨桿進行錨固，錨固完畢后對錨桿的預(yù)緊力進行測試，確保每根錨桿的預(yù)緊力不得低于200 N·m。采用型號為CK2380 的樹脂藥卷對幫錨桿進行錨固，每根幫錨桿的預(yù)緊力不得低于150 N·m。采用型號為 CK2380、K2380 的樹脂藥卷對頂錨索錨固，錨每根錨桿的預(yù)緊力不得低于120 kN[2-3]。

2.2 原支護存在問題

1）圓鋼托架的材料具有脆性大且比較軟的特點，在實際使用時與頂板的接觸面積也較小。破碎頂板使用時很容易在頂板壓力的作用下發(fā)生變形。

2）由于錨桿、錨索支護間距較大，巷道在掘進時受采動影響及構(gòu)造應(yīng)力的作用導(dǎo)致兩排頂板支護間出現(xiàn)較大的“網(wǎng)兜”，頂板出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，且局部出現(xiàn)頂板錨桿破斷現(xiàn)象[4]。

3）由于F1 斷層落差較大，且巷道預(yù)留頂煤厚度大，煤層不穩(wěn)定，采用傳統(tǒng)的支護方式無法滿足支護要求，巷道在掘進過程中頂煤預(yù)留難度大，巷道與巷幫之間的三角煤柱極易垮落，傳統(tǒng)支護效果差。

4）由于傳統(tǒng)的支護錨索長度較短，錨索的錨固端正好處于老頂與直接頂?shù)慕唤缣帲^索的錨固端無法插入堅硬的巖石內(nèi)，無法對破碎頂板起到較好的懸吊作用；而且原支護中錨桿屬于線性支護，錨索屬于點性支護，錨桿（索）在破碎頂板支護時無法實現(xiàn)縱向聯(lián)鎖支護作用。

3 307 運輸順槽支護優(yōu)化

1）優(yōu)化后頂板采用“JW”型鋼帶代替圓鋼托架，鋼帶長度為7.0 m，寬度為0.33 m，每根鋼帶上布置8個支護孔，孔間距為1.0 m，其中端頭兩根錨桿施工在頂板及巷幫的三角煤柱處。

2）頂板施工6 根錨桿，相鄰間距為0.9 m，相鄰兩排錨桿的距離為1.0 m，將長為8.3 m 的鋼絞線按照每三排錨栓安裝一排錨索的順序進行施工，相鄰兩排錨索的距離為1.8 m，將長度為2.5 m 的工字鋼梁與相鄰兩排對應(yīng)錨索緊固，并確保工字鋼梁與頂板接觸嚴密，如圖1 所示。

圖1 優(yōu)化后307 運輸順槽頂板巷幫永久支護平面示意圖

3）為了能夠有效地對運輸順槽采空區(qū)一側(cè)的巷幫進行支護，采用長為4.0 m 的鋼絞線錨索按照每兩排護幫錨栓安裝一排錨索的順序進行施工，在距離頂?shù)装?.8 m 的位置上呈邁步式安裝工字鋼梁并與錨索固定。

4）為了能夠進一步對斷層帶頂板進行加固，在距離斷層帶10 m 的位置完成頂板永久支護后對頂板進行注漿及安裝矩形工字鋼棚：首先對頂板施工一排注漿鉆孔，鉆孔深度為5.0 m，仰角為30°，鉆孔直徑為45 mm；采用注漿泵向鉆孔內(nèi)注入黏接劑，黏接劑按照1∶1 的比例由馬麗散及催化劑混合而成，若黏接劑從裂縫處滲出時要及時停鉆并進行封堵；工字鋼梁主要由棚腿、棚梁、連接桿、水泥背板、卡纜組成。為了能夠確保鋼棚的穩(wěn)定性，需對鋼棚的底板按照長、寬、高分別為 0.3 m、0.3 m、0.25 m 的規(guī)格進行起底，之后將棚腿放入起底處并采用高強度水泥進行澆筑；棚腿安裝后用安裝棚梁，采用卡纜將棚腿與棚梁固定后用扳手進行緊固。鋼棚安裝間距為1.0 m，為了鋼棚相互之間能夠支撐，采用連接桿將兩架鋼棚連接，并將水泥背板填充在頂梁與頂板之間。

4 結(jié)語

截至2019 年5 月23 日307 運輸順槽已掘進至670 m 處，巷道完全過F1 斷層應(yīng)力區(qū)，對307 運輸順槽應(yīng)力破碎區(qū)頂板支護進行優(yōu)化后，通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，巷道應(yīng)力破壞區(qū)圍巖得到有效控制，頂板未出現(xiàn)大面積破碎現(xiàn)象，巷道在揭露F1 斷層時下沉量最大為0.18 m，兩幫移進量為0.32 m，取得了顯著應(yīng)用成效。